示踪气体法测量二冲程航空活塞发动机换气性能的方法

技术领域

本发明涉及二冲程航空活塞发动机技术领域，尤其是涉及一种示踪气体法测量二冲程航空活塞发动机换气性能的方法。

背景技术

二冲程航空活塞发动机是通用航空飞行器及无人机广泛应用的动力装置，具有升功率大、功重比高、扭矩变化平顺、均匀性较好等优势，其换气过程是指新鲜充量置换缸内废气的全过程，从排气门打开(对于排气门形式)或者排气口打开(对于活塞控制气口形式)的时刻开始，到进排气口(门)都关闭的时刻结束。换气性能决定了二冲程航空活塞发动机废气被清扫的程度和留在气缸参与燃烧的新鲜充量，从而和发动机功率、燃油经济性以及排放有很大的关系。因此，准确测量二冲程航空活塞发动机的换气性能的实验方法意义重大。

示踪气体法为测量二冲程发动机换气性能的主要方法之一，如图4所示，示踪气体法的原理是将少量示踪气体连续地注入二冲程发动机的进气道与进气充分混合，被捕获在二冲程发动机缸内的示踪气体在燃烧过程中完全燃烧，发生换气短路的示踪气体随着排气流出，通过测定进气和排气中示踪气体的浓度以及发动机的进气量来计算换气性能参数，给气比、捕获率和充气效率等。

示踪气体法不需要对二冲程发动机进行任何修改，在换气性能测量研究中有广泛的应用。根据不同二冲程发动机的缸内燃烧温度和排气温度等实际条件，所选常用的示踪气体有甲胺、N2O2、丁烷、丙酮、甲烷(根据不同二冲程发动机特性来选择)等。示踪气体法简单且精度良好、在车用和船用等二冲程发动机的换气性能测量中应用广泛。但是，示踪气体法用于二冲程航空活塞发动机换气性能测量目前还有以下缺陷：缺乏有利于提高测量准确度的规范化实验方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种示踪气体法测量二冲程航空活塞发动机换气性能的方法，测量准确度更高，过程更加规范。

根据本发明实施例的示踪气体法测量二冲程航空活塞发动机换气性能的方法，应用在测量二冲程航空活塞发动机换气性能试验装置中，所述测量二冲程航空活塞发动机换气性能试验装置包括发动机、注射系统、进气系统、采集分析系统、进气歧管和排气歧管，其中，所述注射系统用于向所述进气系统注入示踪气体，所述进气歧管连接于所述进气系统与所述发动机之间，所述排气歧管与所述发动机相连，所述采集分析系统分别与所述进气歧管和所述排气歧管相连；

所述示踪气体法测量二冲程航空活塞发动机换气性能的方法包括如下步骤：

S1：启动所述发动机至特定工况下；

S2：判断所述发动机在一段时间中是否稳定运转，若所述发动机稳定运转，则在所述发动机稳定运转一段时间后，使所述注射系统开始向所述进气系统稳定地注入示踪气体，以与所述进气系统中的新鲜充量混合后形成进气混合气，进气混合气经所述进气歧管进入所述发动机中；

S3：判断在注入示踪气体一段时间中，所述发动机是否稳定运转，若所述发动机稳定运转，则在注入示踪气体一段时间后，使所述采集分析系统同时采集所述进气歧管中的进气混合气和所述排气歧管中的排气混合气，以获得进气混合气和排气混合气的数据；利用获得的进气混合气和排气混合气的数据计算出所述换气性能参数；

S4：在所述特定工况下的数据采集结束后，停止示踪气体注射，并判断停止示踪气体注射一段时间中，所述发动机是否继续稳定运转，若所述发动机继续稳定运转，则在所述特定工况下的采集数据有效，否则无效，并停止试验。

根据本发明实施例的示踪气体法测量二冲程航空活塞发动机换气性能的方法，通过在注入示踪气体的一段时间中和停止示踪气体注射的一段时间中，均对发动机是否稳定运转进行判断，若发动机仍然保持稳定运转状态，即示踪气体的注入和停止注入均对发动机的运转状态都不影响，在不影响发动机的运转状态下进行测量实验，从而可以使测量实验得到的发动机的换气过程参数几乎等同于不注入示踪气体时发动机的换气过程参数，从而有利于提高实验结果的准确性，同时也使得测量实验实验过程更加规范。

根据本发明的一些实施例，在所述步骤S2中，判断所述发动机在一段时间中是否稳定运转，还进一步包括如下子步骤：

若所述发动机不稳定运转，则调试所述发动机，直到所述发动机在所述特定工况下稳定运转一段时间后，重新开始注入示踪气体。

根据本发明的一些实施例，在所述步骤S3中，判断在注入示踪气体一段时间中，所述发动机是否稳定运转，还进一步包括如下子步骤：若所述发动机不稳定运转，则停止注入示踪气体，然后依次调试所述发动机和所述测量二冲程航空活塞发动机换气性能试验装置，直到所述发动机在所述特定工况下稳定运转一段时间后，重新开始注入示踪气体，再重复步骤S3。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S2、所述步骤S3和所述步骤S4中的判断所述发动机是否稳定运转具体为：判断所述发动机的运行参数是否发生变化。

根据本发明的一些实施例，还包括如下步骤：

S5：若所述步骤S4中判定所述特定工况下的采集数据有效，则对所述采集分析系统进行吹扫，直至所述采集分析系统中的示踪气体浓度归零；

S6：然后调节所述发动机至下一个所述特定工况下，重复步骤S2、S3和S4完成下一个所述特定工况下的试验；

依次循环重复步骤S5、S6、S2、S3和S4，直到完最后一个所述特定工况下的试验。

根据本发明的一些实施例，示踪气体法测量二冲程航空活塞发动机换气性能的方法还包括如下步骤：分别收集所述采集分析系统排出的进气混合气和排气混合气，以分别对所述进气混合气和所述排气混合气进行静态浓度分析。

根据本发明的一些实施例，在所述步骤S3中，所述利用获得的进气混合气和排气混合气的数据计算出所述发动机换气性能的参数，具体包括如下子步骤：

S301：输入获得的一组试验数据及进气混合气和排气混合气的数据；

S302：计算实际的进气混合气中的示踪气体浓度与理论的示踪气体与新鲜充量完全混合时示踪气体浓度的相对偏差；

S303：判断所述相对偏差是否小于等于3％，若所述相对偏差小于等于3％，则进一步判断所述发动机的缸内最大燃烧温度是否大于等于600℃且无失火，若所述缸内最大燃烧温度大于等于600℃且无失火，则直接进一步判断所述排气歧管中的排温是否小于等于500℃且无后燃，若所述排气歧管中的排温是否小于等于500℃且无后燃，则计算所述换气性能参数。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S303中的判断所述相对偏差是否小于等于3％，还进一步包括如下子步骤：若所述相对偏差大于3％，则该组试验数据及进气混合气和排气混合气的数据无效。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S303中的判断所述发动机的缸内最大燃烧温度是否大于等于600℃且无失火，还进一步包括如下子步骤：若所述缸内最大燃烧温度小于600℃且失火，则计算缸内反应率与失火系数，之后，进行进一步判断所述排气歧管中的排温是否小于等于500℃且无后燃的步骤。

根据本发明的一些实施例，述步骤S303中的判断所述排气歧管中的排温是否小于等于500℃且无后燃，还进一步包括如下子步骤：若所述排气歧管中的排温大于500℃且发生后燃，则计算排气反应率

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的示踪气体法测量二冲程航空活塞发动机换气性能的方法的流程框图。

图2为本发明中测量二冲程航空活塞发动机换气性能试验装置的结构示意图。

图3为本发明实施例中计算出发动机换气性能的参数的流程框图。

图4为示踪气体法的原理示意图。

附图标记：

测量二冲程航空活塞发动机换气性能试验装置1000

发动机1

注射系统2

气瓶201 开关阀202 过滤器203 流量控制阀204

示踪气微型流量计205

进气系统3

稳压混合腔301 空滤302 机械增压系统303 进气流量计304

采集分析系统4

气体分析仪401 第一采样探头402 第一混合气过滤器403

第一抽气泵404 第二采样探头405 冷凝器406 汽水分离器407

第二混合气过滤器408 第二抽气泵409 气体采样袋410

进气歧管5 第一温度传感器501 第一压力传感器502

排气歧管6 第二温度传感器601 第二压力传感器602

测功元件7 新鲜充量A

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图3来描述本发明的示踪气体法测量二冲程航空活塞发动机换气性能的方法。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的示踪气体法测量二冲程航空活塞发动机换气性能的方法，应用在测量二冲程航空活塞发动机换气性能试验装置1000中，测量二冲程航空活塞发动机换气性能试验装置1000包括发动机1、注射系统2、进气系统3、采集分析系统4、进气歧管5和排气歧管6。

具体地，本发明的测量二冲程航空活塞发动机换气性能试验装置1000中的发动机1是指二冲程航空活塞发动机。注射系统2用于向进气系统3注入示踪气体。如图2所示，注射系统2包括依次通过管路连接的气瓶201、开关阀202、过滤器203、流量控制阀204和示踪气微型流量计205，其中，气瓶201用于存储示踪气体，气瓶201具有检漏和报警功能。开关阀202具有减压功能，以使气瓶201输出特定压力大小的示踪气体。过滤器203用于过滤气瓶201输出的示踪气体，以避免输出的示踪气体混入杂质，流量控制阀204和示踪气微型流量计205分别用于控制和监测示踪气体的流量，使示踪气体与新鲜充量A混合后的浓度在所要求的范围内。需要说明的是，注射系统2中的所有部件均可以很好地满足二冲程航空活塞发动机安全性要求的防爆和抗泄露要求，从而有利于提高测量实验过程的安全性。

进气系统3包括稳压混合腔301，注射系统2与稳压混合腔301连接，通过设置稳压混合腔301，一方面稳压混合腔301能够稳定发动机1的进气压力；另一方面，稳压混合腔301还能够保证示踪气体能够匀速地注入进气系统3；再一方面，稳压混合腔301可以使得示踪气体和新鲜充量A充分均匀混合。设计稳压混合腔301后不再需要长距离的进气管路用于均匀混合示踪气体和新鲜充量A，因此简化了进气系统3，在保证安全性的前提下，利用进气系统3进气可以使得发动机1的进气状态更接近发动机1真实的进气状态。具体地，二冲程航空活塞发动机的排量为0.5L时，稳压混合腔301容积的容积大于等于0.8L，这样很好地满足均匀混合的要求。

进气歧管5连接于进气系统3与发动机1之间，可以理解的是，示踪气体和新鲜充量A在稳压混合腔301中混合后的进气混合气从进气歧管5进入到发动机1中，排气歧管6与发动机1相连，可以理解的是，从发动机1中排出的排气混合气从排气歧管6排出，采集分析系统4分别与进气歧管5和排气歧管6相连，以分别实时采集分析进气歧管5中进气混合气的示踪气体的体积浓度和排气歧管6中排气混合气的示踪气体的体积浓度。

具体地，采集分析系统4包括气体分析仪401以及与气体分析仪401连接的第一采集支路和第二采集支路，气体分析仪401用于分析进入气体分析仪401中的气体的体积浓度，第一采集支路包括依次相连的第一采样探头402、第一混合气过滤器403和第一抽气泵404，第一抽气泵404与气体分析仪401的一个检测路的进样口连接，第一采样探头402安装在进气歧管5中，用于采集进气歧管5中的进气混合气，第一混合气过滤器403用于过滤抽出的进气混合气中的杂质，第一抽气泵404用于抽取进气歧管5中的进气混合气。

第二采集支路包括依次相连的第二采样探头405、冷凝器406、汽水分离器407、第二混合气过滤器408和第二抽气泵409，第二采样探头405安装在排气歧管6中，用于采集排气歧管6中的排气混合气，冷凝器406用于对采集到的排气混合气进行降温至气体分析仪401的许用温度以下，汽水分离器407用于去除排气混合气中的部分油和水汽，第二混合气过滤器408用于过滤抽出的排气混合气中的杂质，第二抽气泵409与气体分析仪401的另一个检测路的进样口连接，第二抽气泵409用于抽取排气混合气。需要说明的是，第一抽气泵404和第二抽气泵409的流量可调，根据发动机1的不同工况的进气压力和排气压力，可以通过调节第一抽气泵404和第二抽气泵409的流量，使得进入到气体分析仪401中的进气混合气和排气混合气的流速保持一致。

此外，测量二冲程航空活塞发动机换气性能试验装置1000还包括测功元件7，进气系统3还包括依次通过管路相连的空滤302、机械增压系统303和进气流量计304，其中测功元件7用于测量发动机1的转速、扭矩、功率等参数，空滤302用于过滤新鲜充量A中的杂质，机械增压系统303用于调节发动机1的进气压力，例如机械增压系统303为容积式罗茨泵，由电机驱动并控制，其最高转速为3000r/min，使发动机1的进气压力最高可达0.25MPa，进气流量计304用于监测充入稳压混合腔301的新鲜充量A的流量。进气歧管5上设置有第一温度传感器501和第一压力传感器502，第一温度传感器501和第一压力传感器502用于监测进气歧管5中的压力与温度，排气歧管6上设置有第二温度传感器601和第二压力传感器602，第二温度传感器601和第二压力传感器602用于监测排气歧管6中的压力与温度。

示踪气体法测量二冲程航空活塞发动机换气性能的方法包括如下步骤：

S1：启动发动机1至特定工况下；

S2：判断发动机1在一段时间中是否稳定运转，若发动机1稳定运转，则在发动机1稳定运转一段时间后，使注射系统2开始向进气系统3稳定地注入示踪气体，以与进气系统3中的新鲜充量A混合后形成进气混合气，进气混合气经进气歧管5进入发动机1中；

S3：判断在注入示踪气体一段时间中，发动机1是否稳定运转，若发动机1稳定运转，则在注入示踪气体一段时间后，使采集分析系统4同时采集进气歧管5中的进气混合气和排气歧管6中的排气混合气，以获得进气混合气和排气混合气的数据；利用获得的进气混合气和排气混合气的数据计算出换气性能参数；

S4：在特定工况下的数据采集结束后，停止示踪气体注射，并判断停止示踪气体注射一段时间中，发动机1是否继续稳定运转，若发动机1继续稳定运转，则在特定工况下的采集数据有效，否则无效，并停止试验。

具体而言，启动发动机1至特定工况下，以对特定工况下的发动机1的换气性能进行测量。这里的特定工况包括发动机1的不同转速工况，或发动机1的不同进气压力工况等。可以理解的是，测量实验过程中，在每一个特定工况下，发动机1均会进行若干个工作循环。

判断发动机1在一段时间中是否稳定运转，例如2min，若发动机1稳定运转，则在发动机1稳定运转一段时间后，使注射系统2开始向进气系统3稳定地注入示踪气体，以与进气系统3中的新鲜充量A混合后形成进气混合气，例如在稳压混合腔301中混合形成进气混合气，进气混合气经进气歧管5进入发动机1中。可以理解的是，在发动机1稳定运转一段时间后，再注入示踪气体，可以避免因发动机1自身运转不稳定而对分析测量实验造成影响，有利于保证测量实验结果的准确性。

判断在注入示踪气体一段时间中，发动机1是否稳定运转，即判断示踪气体的注入是否影响到发动机1的运转状态，若发动机1稳定运转，即示踪气体的注入不影响发动机1的运转状态，则在注入示踪气体一段时间后，例如5min后，使采集分析系统4同时采集进气歧管5中的进气混合气和排气歧管6中的排气混合气，以获得进气混合气和排气混合气的数据；可以理解的是，这里的进气混合气和排气混合气的数据是指进气混合气和排气混合气的体积浓度。在注入示踪气体一段时间中，再次观察发动机1是否稳定运转，即判断示踪气体的注入是否对发动机1的运转状态产生影响，若示踪气体的注入没有对发动机1的稳定运转产生影响，则再使得采集分析系统4进行采集分析，这样，可以使发动机1尽可能在接近于没有注入示踪气体的运转状态下进行测量实验，从而有利于使测量得到的换气性能数值更加接近实际的换气性能数值，即可以使得测量实验结果更加准确，实验过程也更加规范。利用获得的进气混合气和排气混合气的数据计算出换气性能参数，从而得到发动机1的换气性能。例如这里的换气性能参数可以为充气效率η

在特定工况下的数据采集结束后，停止示踪气体注射，并判断停止示踪气体注射一段时间中，例如2min，发动机1是否继续稳定运转，若发动机1继续稳定运转，则在特定工况下的采集数据有效，否则无效，并停止试验。通过判断停止示踪气体注射一段时间中，发动机1是否继续稳定运转，即判断发动机1的运转状态是否发生改变，若发动机1继续稳定运转，即示踪气体的注入并未对发动机1的运转状态造成影响，即发动机1在测量实验过程的运转状态几乎等同于未注入示踪气体时的运转状态，从而可以使得本发明的测量实验过程中的发动机1换气过程几乎相当于没有向发动机1注入示踪气体时的换气过程，从而使得测量实验结果的准确度更高。

根据本发明实施例的示踪气体法测量二冲程航空活塞发动机换气性能的方法，通过在注入示踪气体的一段时间中和停止示踪气体注射的一段时间中，均对发动机1是否稳定运转进行判断，若发动机1仍然保持稳定运转状态，即示踪气体的注入和停止注入均对发动机1的运转状态都不影响，在不影响发动机1的运转状态下进行测量实验，从而可以使测量实验得到的发动机1的换气过程参数几乎等同于不注入示踪气体时发动机1的换气过程参数，从而有利于提高实验结果的准确性，同时也使得测量实验实验过程更加规范。

根据本发明的一些实施例，采集分析系统4与进气歧管5的连接处距离发动机1的进气门0.3～1m，采集分析系统4与排气歧管6的连接处距离发动机1的排气门0.3～1.5m。这样，一方面，可以尽可能地保证采集分析系统4测得的进气混合气的浓度和进入发动机1中的进气混合气的浓度相同，采集分析系统4测得的排气混合气的浓度与从发动机1排出排气混合气的浓度相同；另一方面，使得采集分析系统4位于进气歧管5和排气歧管6上的安装位点不会对发动机1本身的运行造成影响，有利于保证发动机1的运转安全；再一方面，发动机1的进气门和排气门运动带来的振动对采集分析系统4的第一采集探头和第二采集探头的影响较小，有利于保证第一采样探头402和第二采样探头405的正常使用。

优选的，示踪气体为甲烷，且注入进气系统中的甲烷的最大压力不超过0.4MPa，从而有利于提高测量实验过程的安全性。需要说明的是，注射系统2中的所有结构和管路均根据最高0.4MPa压力下甲烷的防爆和抗泄漏要求改装或定制。将进气歧管5和排气歧管6中的甲烷浓度范围控制在500-2500ppm范围内，这样，一方面，有利于保证气体分析仪401测量结果的准确性，另一方面可以保证甲烷不会影响发动机1的安全性和正常运行。对应地，气体分析仪401可以实现实时浓度测量，且测量甲烷的浓度量程为0-5000ppm，检测精度为±1％FS。气体分析仪401所采集分析得到的浓度数据能够实时地传输至发动机1的数据采集系统，实现换气性能参数的计算。

优选的，在进行步骤S1之前，还需要进行安全性检查和防护工作。具体地，启动发动机1之前，需要对注射系统2进行泄露监测，泄露监测的方法为储气容积测定法，即注射系统2的内部压力在较长时间内不下降即可视为无泄漏。在测量实验之前对注射系统2进行泄露监测，可以很好地避免因注射系统2泄露而导致的安全风险，从而有利于提高实验测量实验过程的安全性。在启动发动机1之前，需要对整个测量二冲程航空活塞发动机换气性能试验装置1000进行检漏，检漏方法可以采用肥皂水检漏法，检漏过程在进气系统3运行的条件下进行。在整个实验过程中，实验环境应保持通风良好，配备足够的灭火器，实验人员穿戴防护面罩和防护服。

根据本发明的一些实施例，在步骤S2中，判断发动机1在一段时间中是否稳定运转，还进一步包括如下子步骤：

若发动机1不稳定运转，则调试发动机1，直到发动机1在特定工况下稳定运转一段时间后，重新开始注入示踪气体。也就是说，开始注入示踪气体是在发动机1稳定运转一段时间后的前提下进行的，一方面可以确保发动机1的运转状态正常，另一方面，有利于保证测量实验过程的安全性和实验结果的准确性。

根据本发明的一些实施例，在步骤S3中，判断在注入示踪气体一段时间中，发动机1是否稳定运转，还进一步包括如下子步骤：若发动机1不稳定运转，则停止注入示踪气体，然后依次调试发动机1和测量二冲程航空活塞发动机换气性能试验装置1000，调试发动机1这里包括调试发动机1至稳定运转状态或者关闭发动机1，以保证发动机1的运行安全。依次调试发动机1和测量二冲程航空活塞发动机换气性能试验装置1000后，直到发动机1在特定工况下稳定运转一段时间后，重新开始注入示踪气体，再重复步骤S3，从而保证测量实验在示踪气体的注入不影响发动机1的稳定运转的前提下进行，进而有利于保证测量实验结果的准确性和测量实验过程的安全性。

根据本发明的一些实施例，步骤S2、步骤S3和步骤S4中的判断发动机1是否稳定运转具体为：判断发动机1的运行参数是否发生变化，通过判断发动机1的实时运行参数来判断发动机1是否处于稳定运转状态，判断过程更加准确可行，有利于实现自动化测量实验过程。运行参数包括发动机1循环冷却液温度、进气流量、排气温度和耗油率。具体地，在试验过程中发动机1的循环冷却液温度优先地保持在(80±2)℃。

根据本发明的一些实施例，示踪气体法测量二冲程航空活塞发动机换气性能的方法还包括如下步骤：

S5：若步骤S4中判定特定工况下的采集数据有效，则对采集分析系统4进行吹扫，直至采集分析系统4中的示踪气体浓度归零；

S6：然后调节发动机1至下一个特定工况下，重复步骤S2、S3和S4完成下一个特定工况下的试验；

依次循环重复步骤S5、S6、S2、S3和S4，直到完最后一个特定工况下的试验。在进行下一个特定工况下的实验之前将采集分析系统4中的示踪气体浓度归零，这样可以很好地避免上一个特定工况在采集分析系统4中残留的示踪气体对下一个特定工况测量实验中的示踪气体浓度测量的干扰，有利于保证下一个特定工况示踪气体体积浓度测量的准确性。另外，可以理解的是，测量实验可以循环连续进行，可以连续对发动机1的多个工况的换气性能进行测量。

具体地，例如可选取的测量转速分别为1200r/min、1300r/min、1400r/min和1500r/min，在每个转速下调节机械增压系统303以获得5组不同的进气压力，即5组不同的进排气压差，以实现对发动机1换气性能影响因素的研究。对于每个工况的进气混合气和排气混合气的示踪气体浓度测量结果均取300个数据求平均值，对于进气压力变化曲线和排气压力变化曲线取200个循环求其平均值，以保证测量结果的准确性和可重复性。

根据本发明的一些实施例，示踪气体法测量二冲程航空活塞发动机换气性能的方法还包括如下步骤：分别收集采集分析系统4排出的进气混合气和排气混合气，以分别对进气混合气和排气混合气进行静态浓度分析。可以理解的是，静态浓度分析的分析结果更加准确，若采集分析系统4获得的实时采集分析结果与静态浓度分析结果具有较大偏差，则调整测量实验参数，例如调整示踪气体的浓度、改变采集分析系统4位于进气歧管5和排气歧管6上的安装位点，调整采集分析系统4开始采集分析时的时间等等，以使得实时采集分析结果与静态浓度分析结果接近，从而有利于提高采集分析系统实时采集分析结果的准确性，进而提高测量计算得到的换气性能参数的准确性。

具体地，气体分析仪的两个检测路的两个排气口上分别连接有气体采样袋410，气体采样袋410用于采集特定工况下的从气体分析仪401的两个检测路的排气口排出的进气混合气和排气混合气，利用高精度静态气体分析仪(离线)对气体采样袋410中的进气混合气和排气混合气进行分析，对比气体分析仪401输出的实时示踪气体的浓度与高精度静态气体分析仪输出的静态的示踪气体的浓度的误差，来验证本实时方法的准确性。

根据本发明的一些实施例，在步骤S3中，利用获得的进气混合气和排气混合气的数据计算出发动机1换气性能的参数，如图3所示，具体包括如下子步骤：

S301：输入获得的一组试验数据及进气混合气和排气混合气的数据。需要说明的是，这里的试验数据包括进入进气歧管5中的示踪气体的体积流量X

S302：计算实际的进气混合气中的示踪气体体积浓度X

其中，X

S303：判断相对偏差是否小于等于3％，若相对偏差小于等于3％，即新鲜充量A与示踪气体之间发生了充分的混合，则进一步判断发动机1的缸内最大燃烧温度T

给气比λ

其中，m

其中，p

捕获率η

其中，(F/A)

充气效率η

给气比λ

根据本发明的一些实施例，步骤S303中的判断相对偏差是否小于等于3％，还进一步包括如下子步骤：若相对偏差大于3％，则该组试验数据及进气混合气和排气混合气的数据无效。也就是说，此时新鲜充量A和示踪气体并未混合均匀，从而示踪气体的变化过程无法很好地反应真实的发动机1换气过程，因此测量获得数据无效，应该被舍弃，并重新调整试验参数，例如开始进行采集分析的时间等等，使得相对偏差小于3％。

上述给气比λ

但实际中，可能存在如下三种非理想试验现象：第一、示踪气体在气缸燃烧过程中没有完全反应；第二、示踪气体在排气中受到破坏；第三、试验过程中发动机1某些循环发生失火，即发动机1缸内未发生燃烧。其中，示踪气体在气缸燃烧过程中没有完全反应的现象可能由不完全燃烧等原因造成，主燃期部分区域的温度达不到示踪气体的引燃温度；示踪气体在排气中受到破坏的现象可能由后燃等因素造成，即发动机1在排气门打开后部分燃油仍进行了燃烧；导致发动机1某些循环发生失火现象的因素可能为：发动机1在这些循环中气门密封出现问题，或出现隔次喷射等，缸内没有发生燃烧，因此在失火循环中，捕获在缸内的示踪气体也是不反应的。这些都会影响换气性能参数中的捕获率的测量结果。针对这三种非理想试验现象，可分别定义三个可量化的参数：缸内反应率ε

其中，缸内反应率ε

排气反应率f

失火系数ε

根据本发明的一些实施例，如图3所示，步骤S303中的判断发动机1的缸内最大燃烧温度是否大于等于600℃且无失火，还进一步包括如下子步骤：若缸内最大燃烧温度小于600℃且失火，则计算缸内反应率与失火系数，之后，进行进一步判断排气歧管6中的排温是否小于等于500℃且无后燃的步骤。可以理解的是，缸内最大燃烧温度由用于监测缸内温度的温度传感器测量得到，通过监测发动机1的缸内温度，若其在整个主燃期的温度均大于甲烷的引燃温度546℃，同时捕获空燃(进气混合气被捕获在缸内的部分和短路部分的比值)比较大(如大于25)、注入示踪气浓度较小(如小于2500ppm)，可认为缸内的燃油和甲烷都完全被燃烧，缸内反应率取1；若在其极端不完全燃烧的情况下，具体地，例如缸内最大燃烧温度小于600℃且失火，可用缸内压力传感器监控不完全燃烧等现象，评估燃烧温度，从而用以上公式计算缸内反应率。发动机1可能会出现若干个失火循环，平均失火系数可能为0.02-0.04，可以通过监测排气瞬态压力的变化来判断失火循环的发生，失火循环中，在排气门打开的时刻由于缸内未发生燃烧，排出气体的压力不会出现尖峰，因此能与稳定燃烧的循环进行明显区分，由此可以用以上公式计算失火系数ε

根据本发明的一些实施例，如图3所示，步骤S303中的判断排气歧管6中的排温是否小于等于500℃且无后燃，还进一步包括如下子步骤：若排气歧管6中的排温大于500℃且发生后燃，则计算排气反应率。需要说明的是，即使发动机1的排温均低于甲烷的引燃温度，但是如在非常规运行工况(如高空)有后燃工况发生，即便排气温度低于甲烷的引燃温度，甲烷仍有可能在排气歧管6中被破坏，因此需要排气瞬态压力传感器实时监测后燃的发生，以计算相应的排气反应率。本发明实施例通过判断是否发生的非理想试验状态，从而可以根据实际情况来合理地修正捕获率，这样，有利于获得更加准确的捕获率的数据。

当缸内最大燃烧温度小于600℃且发生了失火，排气歧管6中的排温大于500℃且发生了后燃，也就是说，需要同时考虑缸内反应率ε

其中，(F/A)

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。